DE102020105366A1 - Radarsystem und Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems (10) eines Fahrzeuges (1), um wenigstens ein Objekt (5) außerhalb des Fahrzeuges (1) zu detektieren, wobei die nachfolgenden Schritte durchgeführt werden:- Aussenden (101) wenigstens eines Sendesignals (t1, t2) über wenigstens eine Sendeantenne (21, 22),- Empfangen (102) wenigstens eines ersten undzweiten Empfangssignals (r1, r2) an unterschiedlichen Empfangsantennen (31, 32), um jeweils das an dem Objekt (5) reflektierte und durch eine Laufzeit verzögerte Sendesignal (t1, t2) zu erfassen, wobei die Empfangsantennen (31, 32) beabstandet zueinander angeordnet sind, um in Abhängigkeit von einem Einfallswinkel (ew) des erfassten Sendesignals (t1, t2) an den Empfangsantennen (31, 32) einen Unterschied der Laufzeiten bereitzustellen,- Durchführen einer Winkelmessung (103) des Einfallswinkels (ew) anhand wenigstens eines Phasenunterschieds (dp) der Empfangssignale (r1, r2), wobei der Phasenunterschied (dp) für den Unterschied der Laufzeiten spezifisch ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher definierten Art. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Radarsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 14.
  • Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass bei Fahrzeugen Radarsysteme zur Objektdetektion genutzt werden. Häufig kommt hierbei ein sogenanntes Dauerstrichradar zum Einsatz, um neben einer Information einer Entfernung des detektierten Objektes auch eine Information über eine Geschwindigkeit und eine Richtung des Objekts zu erhalten. Die Richtungsinformation wird z. B. durch einen Phasenunterschied ermittelt, welcher an unterschiedlichen Empfangsantennen gemessen werden kann. Es handelt sich hierbei um eine Winkelmessung des Einfallswinkels der reflektierten Signale. In Abhängigkeit von der Anordnung der Empfangsantennen entstehen Laufzeitunterschiede an den Empfangsantennen entsprechend des Einfallwinkels. Diese Laufzeitunterschiede führen zu den Phasenunterschieden, welche somit die Richtungsinformation bereitstellen können. Allerdings ist eine eindeutige Winkelmessung nur möglich für Antennenabstände d<λ/2, wobei λ die Wellenlänge bezeichnet. Bei Abständen größer Ä/2 kommt es zu Phasenumbrüchen, die eine eindeutige Winkelmessung nicht mehr ermöglichen. Daher werden in der Regel entweder ULAs (uniform linear arrays) mit d<λ/2 oder non-ULAs, bei denen mindestens ein Antennenpaar diese Bedingung erfüllt, verwendet. Dabei ist auch eine Größe der verwendeten Apertur für den Radarsensor durch diese Bedingung eingeschränkt.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Möglichkeit zur Winkelmessung bei einem Radarsystem eines Fahrzeuges bereitzustellen.
  • Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Radarsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Radarsystem und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
  • Die Aufgabe wird insbesondere gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems eines Fahrzeuges, um insbesondere wenigstens ein Objekt (vorzugsweise außerhalb des Fahrzeuges) zu detektieren.
  • Erfindungsgemäß können die nachfolgenden Schritte durchgeführt werden, bevorzugt nacheinander oder in beliebiger Reihenfolge, wobei einzelne und/oder sämtliche Schritte auch wiederholt durchgeführt werden können:
    • - Aussenden wenigstens eines oder genau eines Sendesignals über wenigstens eine oder genau eine Sendeantenne,
    • - Empfangen wenigstens eines ersten und zweiten Empfangssignals (und ggf. weiterer Empfangssignale) an unterschiedlichen Empfangsantennen, (d. h. Empfangen wenigstens eines ersten Empfangssignals an einer ersten Empfangsantenne und Empfangen wenigstens eines zweiten Empfangssignals an einer zweiten Empfangsantenne,) um insbesondere jeweils das an dem Objekt reflektierte und durch eine Laufzeit verzögerte (wenigstens eine) Sendesignal zu erfassen, wobei bevorzugt die Empfangsantennen beabstandet zueinander angeordnet sind, um in Abhängigkeit von einem Einfallswinkel des erfassten Sendesignals an den Empfangsantennen einen Unterschied der Laufzeiten bereitzustellen, und entsprechend auch sich voneinander (hinsichtlich der Phase) wertemäßig unterscheidende Empfangssignale zu empfangen,
    • - Durchführen einer Winkelmessung des Einfallswinkels anhand wenigstens eines Phasenunterschieds der Empfangssignale (zueinander), wobei der Phasenunterschied für den Unterschied der Laufzeiten spezifisch sein kann.
  • Dies ermöglicht es, neben der Entfernung und ggf. Geschwindigkeit des wenigstens einen Objekts auch die Richtung anhand des Einfallswinkels zu ermitteln.
  • Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass das Aussenden des wenigstens einen Sendesignals mit unterschiedlichen Sendefrequenzen durchgeführt wird, um bei der Winkelmessung eine Uneindeutigkeit des Phasenunterschieds aufzulösen. Aufgrund des Aussendens des Sendesignals mit den unterschiedlichen Sendefrequenzen können auch die Empfangssignale mit den unterschiedlichen Frequenzen empfangen werden. Somit können zu einem ersten Zeitpunkt erfasste Empfangssignale (also insbesondere das erste und zweite Empfangssignal) eine erste Frequenz entsprechend einer ersten Sendefrequenz, und zu einem zweiten Zeitpunkt erfasste Empfangssignale eine zweite Frequenz entsprechend einer zweiten Sendefrequenz aufweisen, wobei sich die erste von der zweiten Frequenz unterscheidet. (Nachfolgend werden zur Vereinfachung auch diese Frequenzen des Empfangssignals als Sendefrequenzen bezeichnet). Da unterschiedliche Frequenzen und damit unterschiedliche Wellenlängen zu unterschiedlichen Phasensprüngen führen, kann die Uneindeutigkeit durch einen Vergleich der Empfangssignale unterschiedlicher Frequenzen auf diese Weise aufgelöst werden. Dies ermöglicht es auch, größere Abstände für die Empfangsantennen zu wählen und damit eine Apertur des Radarsensors zu vergrößern.
  • Das wenigstens eine Sendesignal und/oder die Empfangssignale können jeweils als elektromagnetische Wellen ausgeführt sein, welche durch die Sendeantenne als das Sendesignal ausgesendet und durch die Empfangsantennen als Empfangssignale empfangen werden. Das ausgesendete Sendesignal kann hierbei an dem wenigstens einen Objekt reflektiert und abhängig von der Entfernung zum Objekt aufgrund der Laufzeit des Sendesignals verzögert werden, und somit verzögert an den jeweiligen Empfangsantennen als das Empfangssignal wieder empfangen - d. h. erfasst - werden. Das auf diese Weise am Objekt reflektierte und durch die Empfangsantennen erfasste Sendesignal kann somit zur Objektdetektion dienen. Bspw. wird das reflektierte Sendesignal sowohl von der ersten Empfangsantenne als das erste Empfangssignal als auch von der zweiten Empfangsantenne als das zweite Empfangssignal empfangen. Zusätzlich zur Verzögerung aufgrund der Entfernung zum Objekt kann es aufgrund der unterschiedlichen Positionen der Empfangsantennen zu einer weiteren Verzögerung kommen, also einer Verlängerung der Laufzeit. Diese ist abhängig von einem Einfallswinkel des erfassten Sendesignals an den Empfangsantennen. In anderen Worten unterscheidet sich die Laufzeit der erfassten Sendesignale und damit der empfangenen Empfangssignale unterschiedlicher Empfangsantennen voneinander in Abhängigkeit von dem Einfallswinkel. Das erste Empfangssignal kann daher das Sendesignal mit einer anderen Laufzeit aufweisen als das zweite Empfangssignal. Durch einen Vergleich der unterschiedlichen Laufzeiten, insbesondere anhand eines Phasenunterschieds zwischen dem ersten und zweiten Empfangssignal, kann somit der Einfallswinkel gemessen werden.
  • Ferner kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass beim Durchführen der Winkelmessung die nachfolgenden Schritte vorgesehen sind und insbesondere nacheinander durchgeführt werden:
    • - Auflösen der Uneindeutigkeit des wenigstens einen Phasenunterschieds unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Sendefrequenzen, um einen eindeutigen Phasenunterschied zu bestimmen,
    • - Bestimmen des Einfallswinkels der Empfangssignale anhand des eindeutigen Phasenunterschieds.
  • Die Uneindeutigkeit des wenigstens einen Phasenunterschieds kann aus Phasensprüngen resultieren, welche in Abhängigkeit von der Wellenlänge der Empfangssignale (und damit auch des Sendesignals) und von dem Einfallswinkel auftreten können. Da die Empfangssignale das reflektierte Sendesignal umfassen können und dann im Wesentlichen (ggf. nur durch eine Dopplerverschiebung abweichend) die gleiche Wellenlänge aufweisen wie das Sendesignal, kann durch die Verwendung verschiedener Sendefrequenzen die Uneindeutigkeit aufgelöst werden. In anderen Worten kann durch den Vergleich der Empfangssignale unterschiedlicher Wellenlänge der Einfallswinkel eindeutig bestimmt werden. Der Einfallswinkel kann z. B. proportional oder gemäß einer Kennlinie zum Phasenunterschied bestimmt werden.
  • In einer weiteren Möglichkeit kann vorgesehen sein, dass anhand des Einfallswinkels eine Richtung des Objekts relativ zum Fahrzeug bestimmt wird. Entsprechend wird hier der Umstand genutzt, dass der Einfallswinkel abhängig ist von der Richtung des Objekts.
  • Ein weiterer Vorteil kann im Rahmen der Erfindung erzielt werden, wenn das wenigstens eine erste und zweite Empfangssignal (jeweils) für die unterschiedlichen Sendefrequenzen empfangen werden, wobei zum Auflösen der Uneindeutigkeit des Phasenunterschieds die (ersten und zweiten) Empfangssignale unterschiedlicher Sendefrequenzen miteinander verglichen werden können. In anderen Worten kann eine zuverlässige Plausibilisierung über ein Frequenzmultiplex der Sendesignale durchgeführt werden. Damit ist es möglich, dass auf eine eindeutige Antennenkombination der Empfangsantennen, welche geometrisch eine Eindeutigkeit der Phasenunterschiede gewährleisten, verzichtet werden kann. Die Plausibilisierung erfolgt somit nicht über Variation der Antennenabstände, sondern der Sendefrequenzen.
  • Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass zum Auflösen der Uneindeutigkeit des Phasenunterschieds wenigstens ein Phasensprung (auch als Phasenumbruch bezeichnet) des wenigstens einen Phasenunterschieds anhand der Empfangssignale unterschiedlicher Sendefrequenzen detektiert wird. Die unterschiedlichen Sendefrequenzen führen zu unterschiedlichen Wellenzahlen k=2π/λ und damit zu Phasenumbrüchen an unterschiedlichen Einfallswinkeln. Diese können dann gegenseitig plausibilisiert werden. Hierbei können z. B. Frequenzunterschiede von 5 % bis 10 % für die Sendefrequenzen gewählt werden, um robust gegen Rauscheinflüsse zu sein.
  • Außerdem kann es im Rahmen der Erfindung von Vorteil sein, dass das wenigstens eine erste und zweite Empfangssignal aus dem (am Objekt reflektierten und an den Empfangsantennen mit dem Einfallswinkel einfallenden) wenigstens einen erfassten Sendesignal resultiert, und/oder jeweils wenigstens einen Phasenwert aufweist, welcher abhängig ist von der Sendefrequenz des erfassten Sendesignals und somit der Sendefrequenz zugeordnet wird, wobei die Phasenwerte (zugeordnet) unterschiedlicher Sendefrequenzen miteinander verglichen werden können, um die Uneindeutigkeit aufzulösen. Dabei kann es auch möglich sein, dass die Phasenwerte unterschiedlicher Sendefrequenzen gegenseitig plausibilisiert werden, um korrigierte Phasenwerte zu bestimmen, welche den Einfallswinkel des Sendesignals repräsentieren.
  • Ferner kann es im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass die Empfangsantennen mit einem derartigen Abstand voneinander angeordnet sind, dass der wenigstens eine Phasenunterschied nur uneindeutig für die Winkelmessung bestimmt wird. Eine eindeutige Winkelmessung ist nur möglich für Antennenabstände d<λ/2, wobei λ die Wellenlänge bezeichnet. Bei Abständen größer λ/2 kommt es zu Phasenumbrüchen, die eine eindeutige Winkelmessung nicht mehr erlauben. Damit liegt die Uneindeutigkeit gemäß i 2π/kd vor, wobei k=2π/λ die Wellenzahl ist. Zur Auflösung der Uneindeutigkeit kann vorteilhafterweise durch einen Vergleich der Empfangssignale unterschiedlicher Sendefrequenz i bestimmt werden. Hierzu können z. B. herkömmliche Plausibilisierung- bzw. Unwrapping-Algorithmen zum Einsatz kommen. Dabei ermöglicht der größere Abstand der Empfangsantennen, dass die Apertur vergrößert und die Leistung des Radarsystems verbessert wird.
  • Es ist ferner denkbar, dass das Aussenden des wenigstens einen Sendesignals die nachfolgenden Schritte umfasst, welche vorzugsweise nacheinander durchgeführt werden:
    • - Aussenden des Sendesignals mit einer ersten Sendefrequenz über eine erste Sendeantenne,
    • - Aussenden des Sendesignals mit wenigstens einer zweiten Sendefrequenz über wenigstens eine zweite Sendeantenne.
  • Entsprechend können die Sendesignale gleichzeitig mit unterschiedlicher Sendefrequenz ausgesendet werden. Die Sendeantennen senden somit im Frequenzmultiplex.
  • Ein weiterer Vorteil kann im Rahmen der Erfindung erzielt werden, wenn das wenigstens eine Sendesignal gleichzeitig mit unterschiedlichen Sendefrequenzen ausgesendet wird. Hierzu können z. B. mindestens zwei Sendeantennen zum Einsatz kommen.
  • Des Weiteren ist es denkbar, dass das wenigstens eine Sendesignal zeitlich alternierend mit unterschiedlichen Sendefrequenzen ausgesendet wird. Bspw. kann es dann ausreichen, dass nur eine Sendeantenne bei dem Radarsystem vorgesehen ist. Bspw. kann dabei das Sendesignal in der Form einer Frequenzrampe, also einem Chirp, ausgeführt sein. In diesem Fall kann die Sendeantenne rampenweise zwischen den Sendefrequenzen hin und her schalten.
  • Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass das Sendesignal über eine einzige Sendeantenne mit unterschiedlichen Sendefrequenzen ausgesendet wird. Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass das Aussenden des wenigstens einen Sendesignals mit unterschiedlichen Sendefrequenzen derart erfolgt, dass für die unterschiedlichen Sendefrequenzen Phasensprünge des Phasenunterschieds für unterschiedliche Einfallswinkel der Winkelmessung erfolgen. Die unterschiedlichen Sendefrequenzen haben auch unterschiedliche Frequenzen des Empfangssignals zur Folge, sodass hier aufgrund der unterschiedlichen Wellenlänge auch die Phasensprünge unterschiedlich auftreten, also für unterschiedliche Einfallswinkel. Dies ermöglicht es, die Phasensprünge zu identifizieren und damit die Uneindeutigkeit aufzulösen.
  • Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein Radarsystem, insbesondere ein Dauerstrich- und vorzugsweise FMCW-Radar, für ein Fahrzeug zur Detektion wenigstens eines Objektes, insbesondere außerhalb des Fahrzeuges, aufweisend:
    • - wenigstens eine oder genau eine oder genau zwei Sendeantenne(n) zum Aussenden wenigstens eines Sendesignals,
    • - wenigstens zwei oder mehr Empfangsantennen jeweils zum Empfangen eines Empfangssignals, um insbesondere jeweils das an dem Objekt reflektierte und durch eine Laufzeit verzögerte Sendesignal zu erfassen, wobei vorzugsweise die Empfangsantennen beabstandet zueinander angeordnet sind, um in Abhängigkeit von einem Einfallswinkel des erfassten Sendesignals an den Empfangsantennen einen Unterschied der Laufzeiten bereitzustellen,
    • - eine Verarbeitungsanordnung, insbesondere eine elektronische Datenverarbeitungsvorrichtung, zum Durchführen einer Winkelmessung des Einfallswinkels anhand wenigstens eines Phasenunterschieds der Empfangssignale, wobei der Phasenunterschied für den Unterschied der Laufzeiten spezifisch ist und insbesondere daraus resultieren kann.
  • Hierbei ist vorgesehen, dass die Verarbeitungsanordnung dazu ausgeführt ist, das Aussenden des wenigstens einen Sendesignals mit unterschiedlichen Sendefrequenzen zu initiieren, um bei der Winkelmessung eine Uneindeutigkeit des Phasenunterschieds aufzulösen. Hierzu kann die Verarbeitungsanordnung z. B. elektrisch mit der Sendeantenne verbunden sein. Damit bringt das erfindungsgemäße Radarsystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren beschrieben worden sind. Zudem kann das Radarsystem geeignet sein, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Radarsystems,
    • 2 eine weitere schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Radarsystems,
    • 3-8 schematische Darstellungen zur Visualisierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet.
  • In 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Radarsystem 10 für ein Fahrzeug 1 zur Detektion wenigstens eines Objektes 5 außerhalb des Fahrzeuges 1 gezeigt. Das Fahrzeug 1 ist bspw. als ein Personenkraftfahrzeug ausgeführt, welches das Radarsystem 10 aufweist, um z. B. vorausfahrende Fahrzeuge 5, Hindernisse oder dergleichen als Objekte 5 zu erfassen. Hierzu kann das Radarsystem 10 einen Radarsensor 11 mit einer oder mehreren Sende- und Empfangsantennen aufweisen. Ferner kann eine Verarbeitungsanordnung 12 vorgesehen sein, um ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen.
  • In 2 sind Teile eines erfindungsgemäßen Radarsystems 10 mit weiteren Einzelheiten gezeigt. Das Radarsystem 10 ist z. B. als ein Dauerstrichradar wie ein Frequenzmoduliertes Dauerstrichradar (FMCW-Radar) ausgeführt. Es kann beispielhaft wenigstens eine Sendeantenne 21, 22 zum Aussenden 101 wenigstens eines Sendesignals t1, t2 vorgesehen sein. Das Sendesignal t1, t2 wird z. B. digital durch eine Verarbeitungsanordnung 12 vorgegeben und mittels eines Digital-Analog-Converters und eines spannungsgesteuerten Oszillators, auch als VCO (englisch voltage-controlled oscillator) bezeichnet, generiert. Über wenigstens zwei Empfangsantennen 31, 32 kann sodann jeweils ein Empfangen 102 eines Empfangssignals r1, r2 erfolgen, um jeweils das an dem Objekt 5 reflektierte und durch eine Laufzeit verzögerte Sendesignal t1, t2 zu erfassen. Die Empfangssignale r1, r2 können elektronisch verstärkt und bei 130 in ein Basisband heruntergemischt werden. Ferner können unerwünschte Frequenzanteile mittels eines Bandpasses unterdrückt werden, sodass selektiv die Sendefrequenzen ausgewertet werden können. Mittels eines Analog-Digital-Converters kann sodann die Weiterverarbeitung gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren durch die Verarbeitungsanordnung 12 erfolgen.
  • Wie in 3 dargestellt ist, können die Empfangsantennen 31, 32 beabstandet mit einem Abstand d zueinander angeordnet sein, um in Abhängigkeit von einem Einfallswinkel ew des erfassten Sendesignals t1 (oder auch t2) an den Empfangsantennen 31, 32 einen Unterschied ds der Laufzeiten bereitzustellen. Eine einfallende Welle t1 bzw. t2 resultiert somit in Laufzeitunterschieden an den Empfangsantennen 31, 32 entsprechend des Einfallwinkels ew. Diese Laufzeitunterschiede führen zu messbaren Phasenunterschieden dp über den Einfallswinkel ew, wie in 4 dargestellt ist. Daher kann eine Verarbeitungsanordnung 12 zum Durchführen einer Winkelmessung 103 des Einfallswinkels ew anhand wenigstens eines Phasenunterschieds dp der Empfangssignale r1, r2 vorgesehen sein, wobei der Phasenunterschied dp für den Unterschied der Laufzeiten spezifisch ist. Eine Winkelmessung ist damit möglich durch: α = asin ( Δ ϕ k d )
    Figure DE102020105366A1_0001
    wobei α der Einfallswinkel ew ist, k=2π/λ die Wellenzahl, Ä die Wellenlänge entsprechend der Sendefrequenz und Δϕ der Phasenunterschied dp.
  • Allerdings treten auch Phasensprünge ps auf, sodass eine Uneindeutigkeit der Phase in der Form i 2 π k d
    Figure DE102020105366A1_0002
    besteht. In 4 ist die Phase als normalisierte Phase dpn = Δ ϕ k d
    Figure DE102020105366A1_0003
    über den Einfallswinkel ew dargestellt.
  • Die Verarbeitungsanordnung 12 kann dazu ausgeführt sein, das Aussenden 101 des wenigstens einen Sendesignals t1, t2 mit unterschiedlichen Sendefrequenzen fc1, fc2 zu initiieren, um bei der Winkelmessung 103 eine Uneindeutigkeit des Phasenunterschieds dp aufzulösen.
  • Zum Auflösen der Uneindeutigkeit kann z. B. gemäß 5 das Aussenden 101 des wenigstens einen Sendesignals t1, t2 die nachfolgenden Schritte umfassen:
    • - Aussenden des Sendesignals t1, t2 mit einer ersten Sendefrequenz fc1 über eine erste Sendeantenne 21,
    • - Aussenden des Sendesignals t1, t2 mit wenigstens einer zweiten Sendefrequenz fc2 über wenigstens eine zweite Sendeantenne 22.
  • Somit kann das wenigstens eine Sendesignal t1, t2 gleichzeitig mit unterschiedlichen Sendefrequenzen fc1, fc2 ausgesendet werden.
  • Auch ist es gemäß 6 möglich, dass das wenigstens eine Sendesignal t1, t2 zeitlich alternierend mit unterschiedlichen Sendefrequenzen fc1, fc2 nur über eine Sendeantenne 21 ausgesendet wird.
  • In den 5 und 6 ist jeweils die Frequenz f über der Zeit t dargestellt, wobei die Sendesignale t1, t2 jeweils als Rampen ausgesendet werden (sogenanntes „Verfahren der schnellen Rampen“ als Modulationsart). An den Empfangsantennen 31, 32 kommen dann die zeitversetzen Rampen als Empfangssignale r1, r2 an, welche digitalisiert werden können, um mittels einer Frequenzanalyse die Entfernung zum Objekt 5, ggf. aber auch Geschwindigkeit zu ermitteln.
  • In 7 sind verschiedene Verläufe von Phasenunterschieden dp1, dp2 für unterschiedliche Sendefrequenzen fc1, fc2 und unterschiedliche Einfallswinkel ew gezeigt. Die erste gemessene Phase dp1 ist hierbei mit der Sendefrequenz fc1 und die zweite gemessene Phase dp2 mit der Sendefrequenz fc2 aus den entsprechenden Empfangssignalen der ersten bzw. zweiten Sendefrequenz ermittelt worden. Die ersten Phasenunterschiede dp1 (durchgehende Linie) können somit auch beschrieben werden als: Δ ϕ 1 n o r m = Δ ϕ 1 k 1 d .
    Figure DE102020105366A1_0004
  • Die zweiten Phasenunterschiede dp2 (gestrichelte Linie) können auch beschrieben werden als: Δ ϕ 2 n o r m = Δ ϕ 2 k 2 d .
    Figure DE102020105366A1_0005
  • Die unterschiedlichen Sendefrequenzen fc1, fc2 sind z. B. festgelegt durch: k 2 = 1.125 k 1 .
    Figure DE102020105366A1_0006
  • Zur Berücksichtigung der Phasensprünge ps zwischen den Phasenkennlinien an den unterschiedlichen Mittenfrequenzen gilt i 2 π ( 1 k 1 d − 1 k 2 d ) ,
    Figure DE102020105366A1_0007
    wobei i den Sprungindex bezeichnet. i kann z. B. durch die gemessenen Phasenunterschiede unterschiedlicher Frequenzen ermittelt werden, also durch die voranstehend beschriebene Auflösung der Uneindeutigkeit. Die korrigierten Phasen dpc können dann bestimmt werden durch: Δ ϕ 1 k o r r = Δ ϕ 1 k 1 d − i 2 π k 1 d ,
    Figure DE102020105366A1_0008
     Δ ϕ 2 k o r r = Δ ϕ 2 k 2 d − i 2 π k 2 d .
    Figure DE102020105366A1_0009
  • In 8 sind schematisch die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Radarsystems 10 eines Fahrzeuges 1 gezeigt. Gemäß einem ersten Verfahrensschritt erfolgt ein Aussenden 101 wenigstens eines Sendesignals t1, t2 über wenigstens eine Sendeantenne 21, 22. Gemäß einem zweiten Verfahrensschritt erfolgt ein Empfangen 102 wenigstens eines ersten und zweiten Empfangssignals r1, r2 an unterschiedlichen Empfangsantennen 31, 32, um jeweils das an dem Objekt 5 reflektierte und durch eine Laufzeit verzögerte Sendesignal t1, t2 zu erfassen. Anschließend kann gemäß einem dritten Verfahrensschritt ein Durchführen einer Winkelmessung 103 des Einfallswinkels ew anhand wenigstens eines Phasenunterschieds dp der Empfangssignale r1, r2, erfolgen. Das Aussenden 101 des wenigstens einen Sendesignals t1, t2 kann zudem mit unterschiedlichen Sendefrequenzen fc1, fc2 durchgeführt werden, um bei der Winkelmessung 103 eine Uneindeutigkeit des Phasenunterschieds dp aufzulösen.
  • Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Fahrzeug
    5
    Objekt
    10
    Radarsystem
    11
    Radarsensor
    12
    Verarbeitungsanordnung
    101
    Aussenden
    102
    Empfangen
    103
    Winkelmessung
    21, 22
    Sendeantennen
    31, 32
    Empfangsantennen
    d
    Antennenabstand
    dp
    Phasenunterschied
    ds
    Laufzeitunterschied
    ew
    Einfallswinkel
    f
    Frequenz
    ps
    Phasensprung
    dpn
    normierte Phase
    dpc
    korrigierte Phase
    dp1
    erste gemessene Phase
    dp2
    zweite gemessene Phase
    r1, r2
    Empfangssignale
    t
    Zeit
    t1, t2
    Sendesignale
    fc1, fc2
    Sendefrequenzen

Claims (15)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Radarsystems (10) eines Fahrzeuges (1), um wenigstens ein Objekt (5) außerhalb des Fahrzeuges (1) zu detektieren, wobei die nachfolgenden Schritte durchgeführt werden: - Aussenden (101) wenigstens eines Sendesignals (t1, t2) über wenigstens eine Sendeantenne (21, 22), - Empfangen (102) wenigstens eines ersten und zweiten Empfangssignals (r1, r2) an unterschiedlichen Empfangsantennen (31, 32), um jeweils das an dem Objekt (5) reflektierte und durch eine Laufzeit verzögerte Sendesignal (t1, t2) zu erfassen, wobei die Empfangsantennen (31, 32) beabstandet zueinander angeordnet sind, um in Abhängigkeit von einem Einfallswinkel (ew) des erfassten Sendesignals (t1, t2) an den Empfangsantennen (31, 32) einen Unterschied der Laufzeiten bereitzustellen, - Durchführen einer Winkelmessung (103) des Einfallswinkels (ew) anhand wenigstens eines Phasenunterschieds (dp) der Empfangssignale (r1, r2), wobei der Phasenunterschied (dp) für den Unterschied der Laufzeiten spezifisch ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Aussenden (101) des wenigstens einen Sendesignals (t1, t2) mit unterschiedlichen Sendefrequenzen (fc1, fc2) durchgeführt wird, um bei der Winkelmessung (103) eine Uneindeutigkeit des Phasenunterschieds (dp) aufzulösen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Durchführen der Winkelmessung (103) die nachfolgenden Schritte vorgesehen sind: - Auflösen der Uneindeutigkeit des wenigstens einen Phasenunterschieds (dp) unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Sendefrequenzen (fc1, fc2), um einen eindeutigen Phasenunterschied (dp) zu bestimmen, - Bestimmen des Einfallswinkels (ew) der Empfangssignale (r1, r2) anhand des eindeutigen Phasenunterschieds (dp).
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des Einfallswinkels (ew) eine Richtung des Objekts (5) relativ zum Fahrzeug (1) bestimmt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine erste und zweite Empfangssignal (r1, r2) für die unterschiedlichen Sendefrequenzen (fc1, fc2) empfangen wird und zum Auflösen der Uneindeutigkeit des Phasenunterschieds (dp) die Empfangssignale (r1, r2) unterschiedlicher Sendefrequenzen (fc1, fc2) miteinander verglichen werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Auflösen der Uneindeutigkeit des Phasenunterschieds (dp) wenigstens ein Phasensprung (ps) des wenigstens einen Phasenunterschieds (dp) anhand der Empfangssignale (r1, r2) unterschiedlicher Sendefrequenzen (fc1, fc2) detektiert wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine erste und zweite Empfangssignal (r1, r2) aus dem wenigstens einen erfassten Sendesignal (t1, t2) resultiert und jeweils wenigstens einen Phasenwert aufweist, welcher abhängig ist von der Sendefrequenz (fc1, fc2) des erfassten Sendesignals (t1, t2) und der Sendefrequenz (fc1, fc2) zugeordnet wird, wobei die Phasenwerte unterschiedlicher Sendefrequenzen (fc1, fc2) miteinander verglichen werden, um die Uneindeutigkeit aufzulösen.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenwerte unterschiedlicher Sendefrequenzen (fc1, fc2) gegenseitig plausibilisiert werden, um korrigierte Phasenwerte zu bestimmen, welche den Einfallswinkel (ew) des Sendesignals (t1, t2) repräsentieren.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsantennen (31, 32) mit einem derartigen Abstand voneinander angeordnet sind, dass der wenigstens eine Phasenunterschied (dp) nur uneindeutig für die Winkelmessung (103) bestimmt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aussenden (101) des wenigstens einen Sendesignals (t1, t2) die nachfolgenden Schritte umfasst: - Aussenden des Sendesignals (t1, t2) mit einer ersten Sendefrequenz (fc1) über eine erste Sendeantenne (21), - Aussenden des Sendesignals (t1, t2) mit wenigstens einer zweiten Sendefrequenz (fc2) über wenigstens eine zweite Sendeantenne (22).
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Sendesignal (t1, t2) gleichzeitig mit unterschiedlichen Sendefrequenzen (fc1, fc2) ausgesendet wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Sendesignal (t1, t2) zeitlich alternierend mit unterschiedlichen Sendefrequenzen (fc1, fc2) ausgesendet wird.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sendesignal (t1, t2) über eine einzige Sendeantenne (21, 22) mit unterschiedlichen Sendefrequenzen (fc1, fc2) ausgesendet wird.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aussenden (101) des wenigstens einen Sendesignals (t1, t2) mit unterschiedlichen Sendefrequenzen (fc1, fc2) derart erfolgt, dass für die unterschiedlichen Sendefrequenzen (fc1, fc2) Phasensprünge des Phasenunterschieds (dp) für unterschiedliche Einfallswinkel (ew) der Winkelmessung (103) erfolgen.
  14. Radarsystem (10) für ein Fahrzeug (1) zur Detektion wenigstens eines Objektes (5) außerhalb des Fahrzeuges (1), aufweisend: - wenigstens eine Sendeantenne (21, 22) zum Aussenden (101) wenigstens eines Sendesignals (t1, t2), - wenigstens zwei Empfangsantennen (31, 32) jeweils zum Empfangen (102) eines Empfangssignals (r1, r2), um jeweils das an dem Objekt (5) reflektierte und durch eine Laufzeit verzögerte Sendesignal (t1, t2) zu erfassen, wobei die Empfangsantennen (31, 32) beabstandet zueinander angeordnet sind, um in Abhängigkeit von einem Einfallswinkel (ew) des erfassten Sendesignals (t1, t2) an den Empfangsantennen (31, 32) einen Unterschied der Laufzeiten bereitzustellen, - eine Verarbeitungsanordnung (12) zum Durchführen einer Winkelmessung (103) des Einfallswinkels (ew) anhand wenigstens eines Phasenunterschieds (dp) der Empfangssignale (r1, r2), wobei der Phasenunterschied (dp) für den Unterschied der Laufzeiten spezifisch ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungsanordnung (12) dazu ausgeführt ist, das Aussenden (101) des wenigstens einen Sendesignals (t1, t2) mit unterschiedlichen Sendefrequenzen (fc1, fc2) zu initiieren, um bei der Winkelmessung (103) eine Uneindeutigkeit des Phasenunterschieds (dp) aufzulösen.
  15. Radarsystem (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 betrieben wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2007023371A1 (en) 2005-08-24 2007-03-01 Reutech Radar Systems (Proprietary) Limited Grating lobe assisted search radar system utilising antenna with multiple elements

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